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基于Blake-kozeny层流理论的错流胶团强化超滤渗透通量模型研究

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基于Blake-kozeny层流理论的错流胶团强化超滤渗透通量模型研究

作者：郭少辉湖南大学

学位级别：硕士

错流胶团强化超滤是近年发展起来的一种用于净化、分离、浓缩水中微量有机物及重金属的新型膜分离技术，并因其能耗低、分离效率高、出水水质好，易操作，运行管理费用低等优点而被广泛应用于水处理领域。然而，超滤过程中膜污染及浓差... 详细信息

错流胶团强化超滤是近年发展起来的一种用于净化、分离、浓缩水中微量有机物及重金属的新型膜分离技术，并因其能耗低、分离效率高、出水水质好，易操作，运行管理费用低等优点而被广泛应用于水处理领域。然而，超滤过程中膜污染及浓差极化引起渗透通量下降，严重制约了此项技术在水处理行业的普及应用。由于错流胶团强化超滤是一种新型超滤技术，不适合用以往的超滤模型来描述其动态过程，因此，研究错流胶团强化超滤数学模型显得极为重要。由于错流胶团强化超滤过程中，液体的流动类型为层流，所以本模型是基于Blake-kozeny层流理论的。在过滤过程中，总过滤阻力的变化主要受除膜固有阻力以外的其他阻力影响，我们把这些其他阻力定义为总污染阻力，以此为突破口，在不同的操作方式（浓缩液回流、不回流）下，建立并验证总污染阻力与时间及污染层浓度之间的数学关联。联合膜固有阻力，利用阻力串联理论，找到渗透通量与时间及污染层浓度之间的数学关联。在不同操作方式下，我们对不同进料液浓度，不同跨膜压力的污染阻力及渗透通量进行了对比研究，讨论了浓度、跨膜压力对污染层阻力及渗透通量的影响。选用高流速聚醚砜超滤膜（美国密理博公司）及型号Pellicon XL的小型错流超滤装置（美国密理博公司）进行超滤试验并对试验数据进行了分析。试验结果验证了模型的关联性。在描述不同操作方式、不同进料液浓度、不同跨膜压力等MEUF的操作中，模型相关系数均在0.9以上，充分证明了模型的有效性。另外，模型可作为调控MEUF过程的枢纽，这种调控性表现在可通过相关操作条件（浓度、压力、浓缩比）直观地反映在污染层阻力及渗透通量上，进而调控结果，为错流胶团强化超滤的广泛研究及应用提供了理论支持。

关键词：错流胶团强化超滤渗透通量污染阻力模型

钛白废酸中FeSO_4对陶瓷膜渗透通量的影响

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南京工业大学学报（自然科学版） 2003年第6期25卷 1-5页

作者：邢卫红戴晨晖赵宜江徐南平南京工业大学化学化工学院江苏南京210009

采用陶瓷膜处理钛白废酸,着重考察了FeSO4对陶瓷膜过滤通量的影响;比较了不同浓度的FeSO4、H2SO4等对膜渗透通量的影响,FeSO4浓度升高,膜通量降低;考察了不同温度下膜通量的变化趋势,认为温度低于20℃,膜孔内和表面出现了FeSO4结晶,导... 详细信息

采用陶瓷膜处理钛白废酸,着重考察了FeSO4对陶瓷膜过滤通量的影响;比较了不同浓度的FeSO4、H2SO4等对膜渗透通量的影响,FeSO4浓度升高,膜通量降低;考察了不同温度下膜通量的变化趋势,认为温度低于20℃,膜孔内和表面出现了FeSO4结晶,导致膜污染加重,膜渗透通量极小,该现象可以通过提高体系操作温度并在合适的反冲条件下加以克服,获得560L (m2·h)的渗透通量。

关键词：钛白废酸陶瓷膜渗透通量微滤污染硫酸法

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影响聚偏氟乙烯膜渗透通量因素的初步考察

新疆大学学报（自然科学版） 2005年第3期22卷 292-294页

作者：张建芳李玲新疆大学化学与化工学院新疆乌鲁木齐830046

采用疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)膜,在蒸馏水体系中进行减压膜蒸馏实验研究,考察了进料温度、料液流量、冷侧真空度对聚偏氟乙烯膜渗透通量的影响;试验结果表明,随着真空度及料液流量、温度的提高,膜的渗透通量有增加的趋势.

关键词： PVDF膜减压膜蒸馏渗透通量

大连理工大学研发出高渗透通量和高效防污复合膜有望用于海水淡化

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膜科学与技术 2020年第6期40卷 78-78页

受荷叶的超疏水性和鱼鳃的不堵塞功能所启发,近日,大连理工大学贺高红教授团队通过对聚丙烯(PP)微孔膜进行化学改性,诱导微/纳米SiO2颗粒在膜界面上有序生长,并对微/纳米梯度结构进行氟硅烷修饰,成功研发出具有高渗透通量和高效防污性能... 详细信息

受荷叶的超疏水性和鱼鳃的不堵塞功能所启发,近日,大连理工大学贺高红教授团队通过对聚丙烯(PP)微孔膜进行化学改性,诱导微/纳米SiO2颗粒在膜界面上有序生长,并对微/纳米梯度结构进行氟硅烷修饰,成功研发出具有高渗透通量和高效防污性能的MD膜(F-nmSiO2-PP/N).纳米级SiO2可以加剧界面的纳米级湍流,防止晶体沉积,其作用类似于鱼鳃,同时纳米级结构使得具有异相成核屏障的膜与均相体系非常相似,从而有效地阻碍诱导成核,其作用类似于荷叶.

关键词：微/纳米超疏水性渗透通量海水淡化 SiO2颗粒梯度结构化学改性微孔膜

高通量ZSM-5填充硅橡胶复合膜渗透汽化性能研究

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膜科学与技术 2009年第4期29卷 25-28页

作者：展侠李继定操建华黄军其陈翠仙清华大学化学工程系膜技术工程研究中心北京100084

以硅铝比为360的ZSM-5型沸石对聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行填充,以聚偏氟乙烯(PVDF)为支撑层,制备了ZSM-5填充PDMS/PVDF复合膜,用于渗透汽化乙醇/水混合物的分离.研究了沸石填充量、操作温度、进料液浓度对乙醇/水的渗透汽化分离性能的影... 详细信息

以硅铝比为360的ZSM-5型沸石对聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行填充,以聚偏氟乙烯(PVDF)为支撑层,制备了ZSM-5填充PDMS/PVDF复合膜,用于渗透汽化乙醇/水混合物的分离.研究了沸石填充量、操作温度、进料液浓度对乙醇/水的渗透汽化分离性能的影响,发现该复合膜较文献报道中的沸石填充膜,其渗透通量有了明显的提高,在50℃沸石填充量为40%时,对乙醇的分离因子为11.7,其渗透通量达到749.8 g/(m2.h).随着操作温度的升高或料液中乙醇浓度升高,渗透通量增大,分离因子下降.

关键词： ZSM-5 聚二甲基硅氧烷(PDMS) 渗透通量优先透醇渗透汽化

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添加共试剂改善聚酰胺复合反渗透膜的性能

高等学校化学学报 2021年第6期42卷 2008-2014页

作者：闫婷婷张娜李强李振华李春辉李雪于茹王瑞王吉华曹赞霞德州学院生物物理研究院山东省生物物理重点实验室德州253023 德州学院生物物理研究院物理与电子信息学院德州253023 德州学院生物物理研究院实验管理中心德州253023 青岛大学附属医学院心脏超声科青岛266000

将N,N′-二甲基乙酰胺(DMAc)作为共试剂添加在间苯二胺水溶液中参与界面聚合反应,以改善聚酰胺复合反渗透膜(PA-RO-x,x代表添加DMAc的质量分数)的性能.X射线光电子能谱(XPS)和衰减全反射傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)分析表明,随着DMAc含量... 详细信息

将N,N′-二甲基乙酰胺(DMAc)作为共试剂添加在间苯二胺水溶液中参与界面聚合反应,以改善聚酰胺复合反渗透膜(PA-RO-x,x代表添加DMAc的质量分数)的性能.X射线光电子能谱(XPS)和衰减全反射傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)分析表明,随着DMAc含量的增加,复合膜结构中交联聚酰胺含量相对于线性羧基部分有所增加;场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和原子力显微镜(AFM)表征结果显示,随着DMAc含量的增加,膜表面的粗糙程度逐渐增大;静态水接触角测试结果表明,添加DMAc后,膜的亲水性增强.结合上述测试结果发现,添加DMAc可以有效降低水油两相的不相溶性,提高水相中间苯二胺向正己烷中扩散的速率,这有助于加快间苯二胺与均苯三甲酰氯反应;同时,聚酰胺结构中交联酰胺含量的增加可以提供更多的氢键位点,有助于水分子快速渗透通过复合膜而不损失截盐率;膜表面的粗糙程度变大,有助于提高水通量.在2 g/L的氯化钠溶液和1.6 MPa测试压力条件下,PA-RO-5.2(DMAc添加质量分数为5.2%)的渗透通量和截盐率分别为66.1L/(m^(2)·h)和98.7%,与未添加DMAc的聚酰胺复合反渗透膜相比,通量增加115%,截盐率仅下降0.9%.

关键词：聚酰胺复合反渗透膜共试剂 N N′-二甲基乙酰胺渗透通量截盐率

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中空纤维膜器中乳化液膜体系提取铟的研究

高校化学工程学报 2013年第4期27卷 573-578页

作者：龚福忠赖洁白永庆周立亚廖孙启广西大学化学化工学院广西南宁530004 广西防城港市质量技术监督局广西防城港538001

采用中空纤维支撑乳化液膜非分散提取工艺,对所构建的乳化液膜体系OP-4/流动载体/液体石蜡/煤油/盐酸进行In(Ⅲ)的提取研究,考察了流动载体、乳化剂OP-4浓度、内相盐酸浓度、料液/乳液流速比等因素对提取结果的影响,计算了膜的渗透通量... 详细信息

采用中空纤维支撑乳化液膜非分散提取工艺,对所构建的乳化液膜体系OP-4/流动载体/液体石蜡/煤油/盐酸进行In(Ⅲ)的提取研究,考察了流动载体、乳化剂OP-4浓度、内相盐酸浓度、料液/乳液流速比等因素对提取结果的影响,计算了膜的渗透通量和渗透系数。结果表明:在所考察的三种流动载体P204[二(2-乙基己基)磷酸]、P507[二(2-乙基己基-单-乙基己基)磷酸]、TBP(磷酸三丁酯)中,P204对In(Ⅲ)的提取效果最好;随着乳化剂OP-4浓度增大,提取率降低;内相盐酸浓度为2 mol·L-1时提取率最高,达到99.6%;料液/乳液流速比越大,提取率越低;膜的渗透通量和渗透系数随着料液/乳液流速比的增大而增大。在含杂质Fe(Ⅲ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的料液中,各离子提取率大小顺序为In(Ⅲ)(81.5%)>Fe(Ⅲ)(71.9%)>Zn(Ⅱ)(25.3%)>Cu(Ⅱ)(3.4%),表明Fe(Ⅲ)对In(Ⅲ)的提取有较大影响。

关键词：中空纤维支撑乳化液膜非分散提取铟渗透通量渗透系数

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炭膜基亲水性无机微滤动态膜的制备研究

高校化学工程学报 2011年第6期25卷 1062-1067页

作者：孙宏梅潘艳秋柏斌王文佳王同华大连理工大学化工与环境生命学部辽宁大连116023

以水包油型油水乳化液分离为背景,以多孔管状炭膜为载体,以高岭土、ZrO2和Al2O3三种微米级无机颗粒为涂膜材料,对亲水性无机动态膜的制备进行初步的实验研究。实验采用错流操作方式在膜管内表面涂覆动态膜,考察涂膜过程中渗透通量随时... 详细信息

以水包油型油水乳化液分离为背景,以多孔管状炭膜为载体,以高岭土、ZrO2和Al2O3三种微米级无机颗粒为涂膜材料,对亲水性无机动态膜的制备进行初步的实验研究。实验采用错流操作方式在膜管内表面涂覆动态膜,考察涂膜过程中渗透通量随时间的变化,研究涂膜颗粒种类、载体平均孔径、制备操作压力、错流速度、涂膜液温度及涂膜液中阳离子浓度对动态膜结构及制备过程渗透通量的影响。实验结果表明,高岭土和ZrO2微米级颗粒是较适宜的炭膜基动态膜涂膜材料,且两种动态膜的渗透通量均随载体平均孔径的增大而增大、随操作压力和涂膜液温度的提高而提高;对高岭土动态膜的研究发现,其渗透通量随错流速度的增大而提高;对ZrO2动态膜的研究发现,其渗透通量随涂膜液中阳离子浓度的增大先减小后增大。

关键词：动态膜炭膜错流微滤渗透通量阳离子浓度

生物柴油生产中甲醇脱水的NaA分子筛膜研究

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太阳能学报 2019年第5期40卷 1345-1350页

作者：黄大隆刘姝娜王忠铭杨改秀袁振宏中国科学院广州能源研究所中国科学院可再生能源重点实验室广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室广州510640 生物质能源河南省协同创新中心郑州450002

以水热法合成的NaA分子筛膜为研究对象,通过分离甲醇/水溶液、扫描电镜观测(SEM)及X射线衍射仪(XRD)等分析方法,对该膜的性能进行分析与实验验证。研究结果表明:按照物质的量之比Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=48∶1∶5∶4500的配比,载体放置方... 详细信息

以水热法合成的NaA分子筛膜为研究对象,通过分离甲醇/水溶液、扫描电镜观测(SEM)及X射线衍射仪(XRD)等分析方法,对该膜的性能进行分析与实验验证。研究结果表明:按照物质的量之比Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=48∶1∶5∶4500的配比,载体放置方式垂直向下,90℃水热合成4 h制备NaA分子筛膜,50℃分离95%甲醇/水溶液,分离系数最高达64.87。5次渗透汽化反应后,NaA分子筛膜仍表现出渗透汽化性能,为甲醇精馏及生物柴油低能耗生产提供可能。

关键词： NaA分子筛膜渗透通量甲醇/水溶液渗透汽化脱水